揮別續(xù)航里程焦慮 打造電動車優(yōu)化充電策略

汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了重大變革，終于迎來了軟件定義汽車時代。軟件實現(xiàn)了安全性、舒適性和永續(xù)性，這在十年前是不可能的。而隨著電動車的日益普及和自動駕駛汽車的出現(xiàn)，汽車業(yè)正在尋求快速應對挑戰(zhàn)并保持創(chuàng)新的途徑。

實驗室模擬確?；ゲ僮餍?/strong>

在實驗室中進行模擬，才是驗證并確保電動車和充電樁互操作性的最佳方法。

關注電動車發(fā)展，資策會MIC預估，2024年全球電動車市場規(guī)模為1,731萬輛，較2023年成長23.5%；針對公共充電樁新增量，預估2024年因政策支持與電動車保有量提升，直流樁新增量達96萬根、交流樁新增量達66萬根。MIC產(chǎn)業(yè)顧問何心宇表示，汽車產(chǎn)業(yè)正面對平價化競爭、投資報酬不平衡、供應鏈話語權變革，以及中國大陸車廠崛起挑戰(zhàn)，預期2024年將進入汰弱重整期，傳統(tǒng)車廠將修正全面電動化的策略、新創(chuàng)車廠經(jīng)營縮編重整以停損，而新進的資通訊業(yè)者則止步觀望。

根據(jù)全球電動車充電站市場調(diào)查預測，充電站市場規(guī)模到2030年將達到121億美元，2024年至2030年的年復合成長率（CAGR）將達到8.8%。

電動車的電力來源為車載電池，需要透過直流電來充電，不過目前的電力傳輸仍以交流電為主，因此要透過直流充電機或車載充電器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，才能讓直流電成功進入電池，為電動車充電。在插上充電電纜后，充電樁會先確認電動車充電模式與安全設定，也會全程監(jiān)測充電過程，確保充電的安全性與效率。

全球汽車產(chǎn)業(yè)每年都會推出多達200多款的電動車，為此，世界各國已經(jīng)制定好或正在制定不同的電動車標準，以因應不同的需求和應用。在真實世界中，要對所有組合進行測試，是不切實際的想法。而在實驗室中進行模擬，才是驗證并確保電動車和充電樁互操作性的最佳方法。

預測電池健康狀況

圖一 : 電動車的下一個重點將是預測電池的健康狀況。

隨著電動車的不斷發(fā)展，300英里成為標準，續(xù)航里程焦慮開始消散。然而，人們的注意力將轉(zhuǎn)向電池的健康狀況。從手機的應用已經(jīng)說明了電池如何隨著時間的使用而退化，沒有駕駛愿意經(jīng)歷一輛很快就失去動力的汽車，這可能會讓他們陷入困境，或者至少每天需要多次充電。

也因此，電動車的下一個重點將是優(yōu)先考慮并預測電池的健康狀況。電池健康狀況將成為影響電動車購買決策的一個因素，并為汽車制造商提供一個汽車健康狀況可視化的機會，以安撫并告知駕駛員。這些信息將更加精細，并包含游戲化接口，以便駕駛員可以了解他們的行為如何影響電池管理系統(tǒng)以保持最佳性能。此外，透過將人工智能算法整合到系統(tǒng)中，它將預測各種條件下的健康狀況和效能，消除任何擔憂。

在此同時，固態(tài)電池的研究也將加強，特別是亞太地區(qū)將引領市場成長，其次是歐洲和美洲。例如，韓國宣布投資150億美元，到2030年實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化。電動車固態(tài)電池的研究工作早在十多年前就開始了，現(xiàn)在它們正處于微調(diào)的最后階段，為汽車制造商提供了一系列好處，包括：

●更輕：小巧且更輕的電池可增加行駛里程。

●更穩(wěn)定：與使用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池不同，固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)，通常由陶瓷或聚合物制成。它們更加穩(wěn)定和安全，比液體同類產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量少得多。

●更快、更耐用：固態(tài)電池可以在15分鐘內(nèi)充滿80%的電量，并在充電5,000次后保持90%的容量，這與鋰離子電池不同，鋰離子電池在1,000次循環(huán)后開始退化。

電源系統(tǒng)進化

圖二 : 實驗室模擬，才是確保電動車和充電樁互操作性的最佳方法。

德州儀器認為，在半導體創(chuàng)新的推動之下，汽車系統(tǒng)將持續(xù)進化，并協(xié)助提供更安全、更舒適的駕駛體驗。其中，先進電池管理系統(tǒng)（BMS）能更準確偵測電池充電狀態(tài)和健全狀態(tài)，提供更理想的特性分析，協(xié)助駕駛?cè)搜娱L行駛時間。改良的電池監(jiān)控技術可延長EV電池的行駛距離，并重新塑造充電環(huán)境，整合如DC快速充電或插拔式電池等功能，以改善EV充電時間與擁有成本。

多種系統(tǒng)的效率提升且重量減輕，例如無線先進電池管理系統(tǒng)、牽引逆變器、車載充電器、DC/DC充電器、暖氣與散熱系統(tǒng)等，能進一步強化駕駛單次充電的行駛距離。至于功率電子組件可支持高達800V電壓，實現(xiàn)高效率的電源轉(zhuǎn)換并提高功率密度，同時可提供絕緣功能，進而開創(chuàng)更多、更快速且高效率的充電選擇。

先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）則需要可靠的智慧技術，使車輛透過攝影機與雷達傳感器準確感測周遭環(huán)境、可靠且安全地傳輸、處理并傳達傳感器數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)實時決策。這類系統(tǒng)或電子控制單元（ECU）的架構也在持續(xù)改變，電氣與電子架構正朝向分區(qū)架構進化，而此架構是依據(jù)ECU在車中的位置進行控制，而非取決于ECU的功能，例如ADAS或空調(diào)等原本不相互整合的系統(tǒng)，現(xiàn)在均已區(qū)域化以降低復雜性，并透過軟件實現(xiàn)各種功能與特色。

車輛中的電源技術必須能以更小的占位空間，實現(xiàn)更高的功率密度與效率，例如采用精巧封裝的整合式解決方案、散熱管理需求較低但效率更高的切換穩(wěn)壓器，以及可增進保護效果的診斷功能等，都屬于此類。而若要讓EV達到業(yè)界目標，就需要采用高電壓系統(tǒng)，且最高需達800V以上，目前德州儀器的高電壓技術均可提供高效能與可靠性，進而強化安全性。例如隔離與電源轉(zhuǎn)換拓撲都屬于此類。

高壓電動車具備更遠續(xù)航力

隨著汽車產(chǎn)業(yè)電動化和綠色低碳持續(xù)轉(zhuǎn)型，高壓純電動車因其效能更高、續(xù)航里程更遠，已成為汽車制造商的熱門選擇。意法半導體近期與中國理想汽車合作一項碳化硅（SiC）長期供貨協(xié)議，意法半導體將為理想汽車提供碳化硅MOSFET，支持理想汽車進軍高壓電池純電動車市場的策略。

理想汽車進軍純電動車市場，其首款家庭科技純電旗艦MPV已于2023年第四季亮相。未來理想汽車計劃推出更多高壓純電動車款，而新車型都需要在電驅(qū)逆變器中大量采用碳化硅MOSFET。意法半導體的碳化硅具有更高的開關頻率、崩潰電壓和熱阻，可以顯著提升功率晶體管的性能和效能，這些特性在純電車的高電壓環(huán)境中非常重要。理想汽車即將推出的800V高壓純電平臺將在電驅(qū)逆變器中采用意法半導體第三代1200V SiC MOSFET先進技術，具有穩(wěn)定性、性能、效能和可靠性。

確保電池長期使用效能

鋰離子電池因其體積和重量的高能量密度、低自放電、低維護成本，并且能夠承受數(shù)千次充放電循環(huán)而被廣泛應用于電動車。電池約占電動車總成本的3到4成。典型的800 V鋰離子電池系統(tǒng)大約由200個單獨的電池單元串聯(lián)而成，在長達數(shù)年的生命周期中，在任何特定溫度和瞬間能精確估算電池組的充電狀態(tài)（state-of-charge；SoC）至關重要。

恩智浦半導體推出下一代電池控制器IC，目的正是優(yōu)化電池管理系統(tǒng)（BMS）的效能和安全性。恩智浦MC33774的18信道仿真前端裝置具備低至0.8mV的電芯測量精度和廣泛溫度范圍內(nèi)的最大電芯平衡能力，支持ASIL D，適用于與安全密切相關的高壓鋰離子電池，以最大程度地提升可用容量。

MC33774鋰離子電池單元控制器采用恩智浦SmartMOS SOI（絕緣硅片）技術，可提供低至正負0.8mV的電池測量精度，有助于確保鎳錳鈷和磷酸鐵鋰電池化學材料的使用壽命效能。

結(jié)語

進入2024年，電動車正在超越內(nèi)燃機汽車，成為更多全球消費者的首選車輛。這樣的趨勢使得交通運輸部門能夠大幅減少排放，為減緩氣候變遷的影響做出深遠的貢獻。現(xiàn)今汽車的運作方式不再受到20年前的限制。人們迫不及待想看到未來20年后的汽車具備哪些功能。提升駕駛安全性、以實惠價格提供卓越體驗，這只是進化歷程的開始。人們期盼著見證未來半導體如何繼續(xù)推動汽車技術邁向尖端，并重新定義駕駛體驗。